О неправильном понимании генетической классификации вод В.А. Сулина
В журнале «Азербайджанское нефтяное хозяйство» N 6 за 1956 г. была опубликована в порядке обсуждения статья проф. М.П. Толстого «Против «характеристик Пальмера» при интерпретации химического состава вод».
В этой статье автор начинает с правильной критики недостатков классификации вод Пальмера, подчеркивая ее формальность и отсутствие в ней учета таких характеристик, как общая минерализация воды, газовые компоненты, микроэлементы и т. д.
Однако главное внимание М.П. Толстой сосредоточил на критике не «характеристик Пальмера», а генетической классификации вод В.А. Сулина.
Удобные для понимания и изображения состава природных питьевых и минеральных вод классификации вод Н.И. Толстихина, С.А. Щукарева, формула Курлова, удовлетворяющие потребности водоснабжения и бальнеологии, являются, как показал опыт, недостаточными для характеристики вод, сопровождающих нефтяные залежи, и поэтому не нашли применения у геологов и гидрогеологов-нефтяников.
В отличие от многих существующих классификаций природных вод классификация вод В.А. Сулина отображает не только химический состав вод, но и обстановку и направленность формирования состава вод. Поэтому она с полным правом называется генетической классификацией вод. Знакомясь со статьей М.П. Толстого, приходится сделать вывод, что автор не понял этой главной особенности классификации вод В.А. Сулина.
Защищая позиции формальных классификаций, М.П. Толстой рекомендует нефтяникам возвратиться далеко назад, к формуле Курлова.
Рассмотрим подробнее некоторые положения его статьи.
В начале статьи М.П. Толстой неправильно утверждает, что классификация Пальмера основана на присутствии «не существующих в растворах солей». Здесь автор, очевидно, имеет в виду, что растворенные в воде соли диссоциируют на ионы и в водных растворах образуются эквивалентные количества катионов и анионов, теряющих свою специфическую приуроченность к какой-либо определенной соли. Нельзя, однако, отрицать, что основным начальным процессом, формирующим состав вод, является выщелачивание из почв и пород водорастворимых солей, в том числе и солей, присутствующих в твердом виде. Общеизвестны примеры «гипсовых» вод, образующихся при размывании гипсоносных толщ, или «соленых» вод, выщелачивающих каменную соль.
В классификации Пальмера отсутствует систематизация вод по содержанию солей. Как известно, Пальмер оперирует в своей классификации не солями, а введенными им понятиями «соленость», «жесткость», «щелочность», выделяя лишь две группы анионов - сильных и слабых - и соответственно две группы - сильных и слабых - катионов, которые появляются в водах вследствие растворения природных солей: хлоридов, сульфатов, карбонатов и т.д. Вряд ли можно рассматривать этот процесс как нечто фантастическое и основанное на чем-то не существующем в природе.
Другое дело, что классификация Пальмера является слишком широким обобщением, недостаточным для решения такого сложного вопроса, как происхождение состава подземных вод. Но ведь, как говорит дальше и автор статьи, уже много лет этой классификацией никто не пользуется.
Основная ошибка М.П. Толстого заключается в том, что он отождествляет классификацию Пальмера с его способом изображения состава вод путем вычисления так называемых «характеристик» (S1, S2, А1, А2 и др.). «Характеристики» Пальмера - это только прием, метод изображения, дающий самое первое представление о химическом составе воды и преобладающих группах ионов, не более. Прием этот, конечно, условен, недостаточен, но на первых порах, как признает сам М.П. Толстой, он дал «возможность подразделить и систематизировать огромное количество анализов вод различных районов СССР», проводить «сопоставление вод различных горизонтов», устанавливать «приток чуждых вод в пласт» и т. д., так что определенную служебную роль этот способ изображения состава вод выполнил. Доказывать сейчас, что для решения более сложных вопросов он не годится, - значит ломиться в открытые двери.
Совершив эту принципиальную ошибку, М.П. Толстой усугубляет ее, отождествляя неправильно понятую им классификацию Пальмера с генетической классификацией вод В.А. Сулина.
В.А. Сулин отчетливо представлял себе всю ограниченность классификации вод Пальмера. Еще в 1935 г. в своей известной книге «Воды нефтяных месторождений» он писал; «Недостатком классификации природных вод Пальмера является грубая схематичность подразделения вод на отдельные группы. По существу говоря, третий класс Пальмера объединяет в себе почти все типы поверхностных природных вод, за исключением щелочных. Кроме того, классификация Пальмера абстрагирует минерализацию вод . .» (стр. 33-34). И далее: «Характеристики Пальмера не учитывают относительного участия в составе вод отдельных анионов... Относительная величина отдельных катионов также не может быть определена характеристиками Пальмера» (стр. 37-38). Этот недостаток классификации вод Пальмера В.А. Сулин пытался устранить еще в 1935 г., введя величины отношений эквивалентов отдельных ионов (SO4/Cl, Са/Mg, Na/Cl), и предполагал, что «в будущем, после более обстоятельного изучения газового и коллоидного состава вод, эта дифференциация (т.е. дифференциация классов вод. - Е. Б.) может быть дополнена разбивкой классов вод на более дробные единицы, исходя из состава их газовых и коллоидных компонентов». В.А. Сулин добавлял, что «в характеристику вод, само собой разумеется, должна входить и ее минерализация» (стр. 33-34).
В 1946-1948 гг. В.А. Сулиным была опубликована новая, более стройная генетическая классификация вод, явившаяся итогом его многолетних работ в области изучения подземных и поверхностных природных вод.
Генетическая сущность этой классификации, ее смысл и отличие от всех других существующих гидрохимических классификаций заключается в том, что она учитывает влияние особенностей природной обстановки, в которой рассматриваемые воды находятся, ее специфики, определяющей присутствие в водах таких сочетаний компонентов химического состава, какие характеризуют только данную обстановку и обусловливаются протеканием в ней строго определенных физико-химических процессов. При этом компоненты, определяющие специфику воды, могут не преобладать в ее составе и, как правило, не преобладают, однако именно они и являются теми руководящими показателями, которые помогают расшифровывать загадку происхождения состава вод.
Анализируя состав вод различных природных обстановок, В.А. Сулин выделил четыре типа вод: гидрокарбонатно-натриевый, сульфатно-натриевый, хлормагниевый и хлоркальциевый. Перечисляя и описывая свои типы вод, В.А. Сулин указал на характерные для их существования природные условия: континентальные для первых двух типов, морские для хлормагниевого и условия глубинного залегания для вод хлоркальциевого типа. В.А. Сулин нигде не говорил, что воды гидрокарбонатно-натриевого типа встречаются только на поверхности, в условиях континента, а воды хлоркальциевого типа - только на глубине. В своих работах, напротив, он часто говорит о появлении щелочных вод в недрах многих нефтяных месторождений, а хлоркальциевых - также в поверхностных озерах, на солончаках, в аллювиальных отложениях рек и т. д. Речь идет о типичной обстановке, а не об особых, сравнительно редких условиях, впрочем, не противоречащих общей теории происхождения вод хлоркальциевого типа (С.А. Щукарев, М.С. Курнаков, В.А. Сулин). Кстати, о своеобразии щелочных вод низов продуктивной толщи, о которых говорит в своей статье М.П. Толстой, В.А. Сулин писал неоднократно, и то обстоятельство, что минерализация их резко падает с глубиной, говорит отнюдь не в пользу их только седиментационного (по Толстому) происхождения. Кроме того, не стоит противопоставлять седиментационные воды континентальным, как это делает М.П. Толстой, так как последние могут быть унаследованы от континентальных пресных бассейнов. Возможно также захоронение древних пресных вод инфильтрационного происхождения, проникших в недра в периоды континентальных перерывов, о чем писал еще В.А. Сулин. Вопрос о происхождении щелочных вод низов продуктивной толщи Азербайджана и, добавим, красноцветной толщи Туркмении гораздо более сложен, чем это представлено в статье М.П. Толстого.
В пределах своих типов вод В.А. Сулин выделяет группы и подгруппы по преобладающим ионам, тем самым сближая свою классификацию с общеизвестными химическими классификациями вод, начиная от классификации В.А. Александрова и кончая классификацией О.А. Алекина. Но это выделение носит у В.А. Сулина иной смысл - не формальной констатации преобладания того или иного компонента, а определения этапа формирования вод, т. е. глубины преобразования их состава, а также глубины и характера изменения заключающих воды пород (степени их выщелоченности, изменения состава поглощенного комплекса, минерального новообразования и т. д.).
В.А. Сулин выделяет также классы, используя характеристики Пальмера. Эти классы имеют чисто подсобное значение, иллюстрируя более привычно для многих нефтяников некоторые физические свойства вод: щелочность (А1), жесткость устранимую (A2) и постоянную (S2), соленость (S1), кислотность (S3). Никакого самостоятельного генетического значения они не имеют. Даже для общего изображения состава вод В.А Сулин считал их в 1948 г. недостаточными. «Поэтому, - писал он, - в изображении состава вод мы используем: 1) формулу воды в изображении Пальмера; 2) коэффициенты SO4/Cl и Ca/Mg; сумму миллиграмм-эквивалентов-ионов, находящихся в воде, Σr как показатель концентрации воды и, наконец, генетические коэффициенты, устанавливающие тип вод: (Na - Cl)/SO4 или (Cl-Na)/Mg или коэффициент, обобщающий родственные генетические типы вод, Na/Cl». И далее В.А. Сулин пишет: «Особенность нашей классификации вод заключается не в предлагаемом методе изображения состава вод, а в генетической сущности классификации. Эквивалентные отношения ионов характеристики Пальмера являются для нас лишь инструментом, вскрывающим существо природных процессов преобразования состава вод» (стр. 185-186, 1948).
Вот этого-то и не понял М.П. Толстой.
Надо сказать, что последняя классификация вод О.А. Алекина, о которой упоминается в статье М.П. Толстого, близка к классификации В.А. Сулина, так как в рамках групп вод, называемых им по преобладающему катиону, выделяются типы, аналогичные типам Сулина. Так, первый тип О.А. Алекина, выделяемый им по отношению НСО3> Са+Mg, означает, как мы видели выше, принадлежность воды к гидрокарбонатно-натриевому типу В.А. Сулина. Второй тип Алекина – сульфатно-натриевый тип Сулина, третий - объединяет хлормагниевый и хлоркальциевый типы Сулина; четвертый тип Алекина по существу входит в состав хлоркальциевого типа Сулина с той разницей, что в нем присутствуют соединения, придающие воде кислые свойства (класс S3 Сулина). И в других относительно новых классификациях при ближайшем рассмотрении обнаруживаются те же типы В.А. Сулина, только под названием классов, причем, кроме основных четырех, выделяется еще много промежуточных, производных классов смешанных вод, которым не следовало бы придавать положение, равноправное с основными генетическими типами вод (В.М. Левченко, С.А. Дуров).
Таким образом, необходимость выделения четырех основных типов вод объективна и ее волей-неволей устанавливают даже те, кто не разделяет воззрений В.А. Сулина.
М.П. Толстой предлагает вернуться к формуле Курлова. Но это же не классификация, а опять лишь метод изображения состава вод, хороший для небольшого количества анализов и мало применимый для значительного их числа.
В конце статьи М.П. Толстой несколько запоздало декларирует необходимость определения ряда элементов (NH4, Li, Sr, Ва, В), часть из которых давно систематически определяется (NH4, В), а другие показали себя лишь как возможные коррелятивы водоносных горизонтов в пределах немногих провинций и районов.
М.П. Толстой считает также необходимым «предостеречь от некритического и чрезмерного увлечения нефтяниками «характеристиками Пальмера», «формулами химического состава вод» как «не способствующими правильному разрешению вопросов гидрохимии». При этом он ничего не предлагает взамен и «разрешает» до лучшего будущего продолжать пользоваться характеристиками Пальмера «для сопоставления тех сильно минерализованных вод, где они себя оправдали». Таким образом, М.П. Толстой рекомендует вернуться к тем же характеристикам Пальмера, которыми уже никто не ограничивается и которые применяются лишь в качестве дополнения к классификации Сулина.
Вряд ли такие критика и рекомендации полезны и способствуют углублению наших представлений о генезисе подземных вод.
ЛИТЕРАТУРА
1. Толстой М.П. Против «характеристик Пальмера» при интерпретации химического состава вод. АНХ, № 6, 1956.
2. Сулин В.А. Воды нефтяных месторождений. ОНТИ, Глав. ред. горно-топливн. лит-ры, 1935.
3. Сулин В.А. Гидрогеология нефтяных месторождений. Гостоптехиздат, 1948.
4. Сулин В.А. Условия образования, основы классификации и состав природных вод, в частности вод нефтяных месторождений. Изд. АН СССР, 1948.
5. Алекин О.А. Основы гидрохимии. Гидрометеоиздат, 1953.
6. Ф. Алексеев, Е. Барс, Л. Гуляева, В. Глезер, Е. Гавриленко, С. Когон.